基于快速與常規(guī)試驗方法的瀝青技術(shù)指標(biāo)回歸關(guān)系

張海濤,王 瑩

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

我國現(xiàn)行瀝青試驗規(guī)程中的瀝青針入度和延度試驗存在耗時長的問題。目前國內(nèi)外對瀝青3大指標(biāo)測試的研究大部分只停留在方法和技術(shù)上，尚沒有專門針對提高試驗效率方法的研究。為了快速測量現(xiàn)行瀝青試驗規(guī)程中的瀝青針入度和延度，本文測試不同瀝青(70#瀝青、90#瀝青、SBS改性90#瀝青、110#瀝青)在不同水浴時間(15、30、45、60、90 min)下的25 ℃針入度，以及在不同溫度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)、不同拉伸速度(1、5 cm/min)及不同水浴時間(0.5，1，1.5 h)下的延度，通過對試驗所得的不同瀝青針入度和延度進(jìn)行分析，建立不同瀝青針入度、延度與水浴時間的回歸關(guān)系方程。根據(jù)得到的回歸方程，使得在進(jìn)行不同條件下的瀝青試驗中不必達(dá)到規(guī)范要求的水浴時間便可快速完成試驗，進(jìn)而通過方程回歸,得到標(biāo)準(zhǔn)水浴時間1.5 h的瀝青針入度和延度值。研究結(jié)果對大量快速評定瀝青基本技術(shù)指標(biāo)具有一定的參考價值。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的瀝青為遼寧盤錦90#基質(zhì)瀝青、SBS改性90#瀝青、山東金石70#和110#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 不同瀝青的技術(shù)指標(biāo)Table1 Technicalindexesofdifferentasphalt瀝青名稱25℃針入度/0.1mm針入度指數(shù)PI軟化點/℃延度(10℃)/cm粘度(60℃)/(Pa·s)70#基質(zhì)瀝青74-1.3046.593.818390#基質(zhì)瀝青92-0.7744.590.7198110#基質(zhì)瀝青120-1.26642.5>100.0160SBS改性90#瀝青690.372.848.61.832

1.2 試驗方法

測試不同水浴時間(15、30、45、60、90 min)的4種瀝青試樣(原始溫度為室溫20 ℃)的各項技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)中的要求對瀝青進(jìn)行25 ℃針入度試驗(T0604—2011)，5 ℃、10 ℃、15 ℃延度試驗(T0605—2011)，軟化點試驗(環(huán)與球法)(T0606—2011)，135 ℃旋轉(zhuǎn)粘度(布氏粘度)試驗(T0625—2011)。其中軟化點與旋轉(zhuǎn)粘度試驗主要是對瀝青進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)的檢驗，針入度和延度試驗為本文主要研究內(nèi)容。

2 不同水浴時間的瀝青技術(shù)指標(biāo)回歸關(guān)系

2.1 試驗結(jié)果

2.1.14種瀝青不同水浴時間的針入度

試驗結(jié)果如表2所示。

表2 4種瀝青不同水浴時間下針入度值Table2 Penetrationof4kindsofasphaltunderdifferentwaterbathtime水浴時間/min水浴溫度/℃荷重/g貫入時間/s不同瀝青的針入度/0.1mm70#90#110#90#SBS1525100566.887.4112.065.53025100568.688.7114.066.74525100569.789.3115.867.56025100571.490.1118.068.69025100574.192.0120.469.7

2.1.24種瀝青不同水浴時間的延度

試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同溫度、不同拉伸速度下4種瀝青在不同水浴時間下的延度值Table3 Ductilityof4kindsofasphaltunderdifferenttemper-atureanddrawingspeedindifferentwaterbathtime瀝青種類水浴時間/h不同溫度、拉伸速度下的延度/cm5℃下1cm/min拉伸速度5℃下5cm/min拉伸速度10℃下5cm/min拉伸速度15℃下5cm/min拉伸速度0.520.59.117.516570#瀝青118.58.215.11591.515.17.513.71520.526.212.948.7>15090#瀝青125.210.241.7>1501.523.38.937.9>1500.513515.1128>150110#瀝青1105.614.489.9>1501.586.413.972.2>1500.553.439.553.8110.990#SBS瀝青151.336.952.0101.91.549.633.848.690.3

2.2 試驗結(jié)果分析

2.2.1不同水浴時間的瀝青針入度回歸關(guān)系

通過對4種瀝青針入度與不同水浴時間的變化曲線圖分析，得到其回歸關(guān)系方程(如圖1所示)。

從圖1可知，4種瀝青的針入度隨水浴時間的變化均呈線性增加趨勢，擬合的瀝青25 ℃針入度隨水浴時間的回歸關(guān)系公式為：

(a)70#瀝青

y=Ax+B

(1)

式中：y為瀝青25 ℃針入度，0.1 mm；x為水浴時間，min；A,B為回歸系數(shù)。

回歸系數(shù)A表征了針入度變化速度的快慢，回歸系數(shù)B表征的是曲線在y軸上的截距?；貧w公式的R2值均在0.97以上，表明擬合的趨勢線非常接近數(shù)據(jù)變化規(guī)律，得到的回歸方程可靠性較高。同時觀察圖形變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)，70#瀝青從15 min到1.5 h中間各個階段的變化率基本相同，表明針入度隨水浴時間遞增的相關(guān)性非常強(qiáng)；90#瀝青試驗各點數(shù)據(jù)均沿著趨勢線等距變化，表明針入度隨水浴時間遞增的相關(guān)性非常強(qiáng)；110#瀝青前3個數(shù)據(jù)都按照趨勢線隨時間遞增，但1 h和1.5 h處出現(xiàn)了一個較為明顯的“緩坡”，表明針入度隨時間變化的趨勢有所減緩。SBS改性瀝青的針入度隨水浴時間的變化與基質(zhì)瀝青并無本質(zhì)上差異，同樣呈線性遞增的關(guān)系，前3個時間點的針入度隨時間的變化較為規(guī)律，1 h到1.5 h之間雖有斜率變緩的趨勢但是并不明顯。

因此，4種瀝青針入度與不同水浴時間的回歸關(guān)系公式如表4所示。

表4 瀝青在不同水浴時間下的回歸關(guān)系公式Table4 Regressionformulaofasphaltindifferentbathtime瀝青種類回歸公式ABR270#瀝青y=Ax+B0.095965.5440.996590#瀝青y=Ax+B0.059886.6320.9929110#瀝青y=Ax+B0.1129110.630.984390#SBS瀝青y=Ax+B0.056164.9210.9796

2.2.2不同水浴時間的瀝青延度回歸關(guān)系

通過對4種瀝青延度(5 ℃、10 ℃、15 ℃)與不同水浴時間的變化曲線圖分析，得到其回歸關(guān)系方程(如圖2～圖5所示)。

從圖2～圖5可知，4種瀝青的延度隨水浴時間的變化呈減小的趨勢，擬合的瀝青5 ℃、10 ℃延度隨水浴時間的回歸關(guān)系公式為：

(a)70#瀝青

(a)70#瀝青

y=AeBx

(2)

式中：y為瀝青延度，cm；x為水浴時間，min；A、B為回歸系數(shù)。

回歸系數(shù)A表征瀝青在不同拉伸速度、溫度下的柔性，回歸系數(shù)B表征水浴時間對延度的影響，B值越大，則延度對時間的敏感性也就越大。

(a)70#瀝青

(a)70#瀝青

90#瀝青與110#瀝青15 ℃延度均超出了延度儀量程(150 cm)，而無法測出精確值，因此，不同水浴時間的90#、110#瀝青15 ℃延度采用回歸公式反算，反算的計算結(jié)果如表5所示，其回歸關(guān)系方程如圖6所示。

表5 不同水浴時間的瀝青15℃延度反算值Table5 Recursivevalueof15℃ductilityofasphaltindiffer-entwaterbathtime瀝青種類水浴時間/h5℃延度/cm10℃延度/cmAB15℃延度/cm0.512.948.73.4170.266183.990#瀝青110.241.72.4950.282170.51.58.937.92.0900.290161.40.515.11281.7810.4271085.0110#瀝青114.489.92.3070.366561.31.513.972.22.6760.330375.0

(a)90#瀝青

因此，4種瀝青針入度與不同水浴時間的回歸關(guān)系公式如表6所示?？梢钥闯觯琑2值均在0.95以上，表明擬合得到的延度與水浴時間的回歸方程可靠。

表6 瀝青在不同水浴時間下延度變化的回歸關(guān)系公式Table6 Regressionrelationformulaofasphaltductilityunderdifferentwaterbathtime瀝青種類溫度/℃拉伸速度/(cm·min-1)回歸公式ABR251y=AeBx24.289-0.3060.965370#瀝青55y=AeBx9.9989-0.1930.998105y=AeBx19.614-0.2450.9862155y=AeBx172.14-0.0820.996951y=AeBx27.966-0.1170.963690#瀝青55y=AeBx15.278-0.3710.9771105y=AeBx54.659-0.2510.9815155y=AeBx195.55?-0.13?0.9916?51y=AeBx167.49-0.4460.9966110#瀝青55y=AeBx15.707-0.0830.9929105y=AeBx166.66-0.5730.9821155y=AeBx1768.5?-1.062?0.981?51y=AeBx55.349-0.0740.997590#SBS瀝青55y=AeBx42.841-0.1560.9947105y=AeBx56.923-0.1020.9649155y=AeBx123.64-0.2050.9898注:“?”標(biāo)注值為方程推算得到延度的回歸方程系數(shù)。

3 結(jié)論

a.4類瀝青針入度隨水浴時間的變化規(guī)律均呈線性關(guān)系，隨水浴時間的增加而增加，建立了25 ℃針入度試驗4種瀝青的通用方程為y=Ax+B，R2均達(dá)到了0.95以上，從而建立起25 ℃針入度試驗相對于水浴時間的快速試驗評價系統(tǒng)。

b.4類瀝青延度在不同條件下隨水浴時間的變化規(guī)律均呈指數(shù)型關(guān)系，隨水浴時間的增加而減少。并建立其不同瀝青在不同條件下的回歸關(guān)系方程：y=AeBx，R2均達(dá)到了0.95以上，從而建立起5 ℃、10 ℃、15 ℃在不同拉伸速度下延度試驗相對于水浴時間的快速試驗評價系統(tǒng)。

c.在按規(guī)范進(jìn)行25 ℃針入度和不同溫度、不同拉伸速度的延度試驗時，不須使水浴時間達(dá)到1.5 h，在短時間下得到對應(yīng)的針入度和延度值后，根據(jù)各自所得的方程就可回歸得到按規(guī)范要求所需的針入度和延度值，縮短了試驗時間，達(dá)到了預(yù)期效果。本研究結(jié)果對大量快速評定瀝青基本技術(shù)指標(biāo)具有一定的參考價值。